Pyhäjärven kunnostustarpeen selvitys

Transkriptio

1 PIRKANMAAN YMPÄRISTÖKESKUKSEN RAPORTTEJA 3 27 Pyhäjärven kunnostustarpeen selvitys Tom Frisk, Ämer Bilaletdin, Heikki Kaipainen, Arto Paananen ja Anu Peltonen

2 PIRKANMAAN YMPÄRISTÖKESKUKSEN RAPORTTEJA 3 27 Pyhäjärven kunnostarpeen selvitys Tom Frisk, Ämer Bilaletdin, Heikki Kaipainen, Arto Paananen ja Anu Peltonen Tampere 27 PIRKANMAAN YMPÄRISTÖKESKUS

3 PIRKANMAAN YMPÄRISTÖKESKUKSEN RAPORTTEJA 3 27 Pirkanmaan ympäristökeskus Vesienhoito-osasto Taitto: Anu Peltonen Kansikuva(t): Arto Paananen Julkaisu on saatavana myös internetistä: /julkaisut Yliopistopaino Oy, Tampere 27 ISBN (nid.) tai (sid.) ISBN (PDF) ISSN (pain.) ISSN (verkkoj.)

4 SISÄLLYS 1 Johdanto Alueen kuvaus ja seurantaohjelma Veden laatu Pyhäjärvi Yleistä Fosfori Typpi Klorofylli ja muut laatutekijät Joet Pyhäjärven ravinnekuormitus ja ainetaselaskelmat Laskentamenetelmät Ravinnekuormitus Järvialtaiden ainetaseiden laskenta Hydrologia Vesistöalueen järvialtaiden ja osavaluma-alueiden systeemikuvaus Ravinnekuormitus Pyhäjärven ainetase Kuormitusskenaariot ja laskentatulokset PCB-pitoisuudet Pyhäjärven pohjoisosassa 5.1 Yleistä PCB-yhdisteet ja dioksiinit Menetelmät ja aineiston käsittely Tulokset ja niiden tarkastelu PCB-yhdisteet sedimenteisstä PCB-yhdisteiden levinneisyys ja kertyminen PCB-yhdisteet kaloissa PCB-yhdisteet simpukoissa Yhteenveto Toimenpidesuositukset Perustoimenpiteet Pistekuormitus Hajakuormitus Vedenotto Toiminta pohjavesialueilla Vesistöjen säännöstely Haitalliset aineet Arvio perustoimenpiteiden riittävyydestä Täydentävät toimenpiteet Taloudellinen tuki... 62

5 6.2.2 Vesistöön kohdistuvat suorat toimenpiteet Täydentävien toimenpiteiden vaihtoehdot PCB Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja 3 27

6 1 Johdanto Pyhäjärven alueella tarkoitetaan tässä selvityksessä vesialuetta Tampereen Tammerkoskesta Rauttunselälle. Tarkkaan ottaen Pyhäjärvi rajoittuu etelässä Lempäälän kanavaan, mutta tarkoituksenmukaisuussyistä em. kokonaisuus on nimetty Pyhäjärven alueeksi. Tästä alueesta ei ole tehty varsinaista vesiensuojelusuunnitelmaa eikä kunnostuksen tarveselvitystä. Kokemäenjoen vesistön vesien käytön kokonaissuunnitelmassa (Vesihallitus 1983) on vedenlaatuasioita tarkasteltu yleisesti. Alue on Tampereen ja sen monien lähikuntien keskeistä vesienkäyttö- ja virkistysaluetta. Perinteisesti se on kuitenkin koko Kokemäenjoen vesistön rehevimpiä johtuen tehokkaasta maanviljelyksestä ja jätevesikuormituksesta. Pistekuormituksen vähentäminen suuressa määrin ei näytä realistiselta lähitulevaisuudessa; poikkeuksena Tampereen ja lähikuntien jätevesien keskuspuhdistamohanke, jolloin puhdistamon purkupaikan sijainti tulee ratkaistavaksi. Tämän selvityksen painopiste on paljolti suunnattu hajakuormitukseen. Tämän hankkeen tarkoituksena on inventoida ja määrittää kvantitatiivisesti Pyhäjärven kunnostustarpeeseen liittyvät paineet Pyhäjärven eri osavaluma-alueilla sekä Pyhäjärven osa-altailla. Tämä selvitys palvelee yhtäältä suoranaisia kunnostustarpeita, toisaalta selvitys antaa pohjan Vesipolitiikan puitedirektiivin (2) velvoittaman vesienhoitosuunnitelman ja toimenpideohjelman toteuttamiselle ko. alueella. Toimenpideohjelmat eri ongelma-alueille kuten Pyhäjärven alueelle tullaan laatimaan v. 28 loppuun mennessä. Selvityksen pääpaino on ravinnekuormituksessa ja sen vaikutuksissa Pyhäjärven tilaan. Lisäksi on selvitetty Pyhäjärven pohjoisosan erityisongelmaa, pohjasedimenttiin kertyneitä PCB-yhdisteitä. Vuosikymmeniä käytössä olleita teollisia PCB-valmisteita on kulkeutunut eri tavoin Pyhäjärveen. Järviolosuhteissa ne kulkeutuvat pääasiassa orgaanisen aineen mukana, rikastuvat ravintoketjussa ja kertyvät etenkin vesieliöihin sekä sedimentoituvat pohjaan. Tämä lisäselvitys on noussut ajankohtaiseksi viime aikoina, kun paineet erilaisista rakennushankkeista Pyhäjärven ympärillä ovat nousseet toteutusasteelle. Tie- ja asutusrakentamisen vaikutus edellyttää monissa tapauksissa Pyhäjärven pohjan kaivua erilaisten kaapeleiden tai maaperän tukitoimenpiteiden vuoksi. Tämä aiheuttaa myrkyllisten aineiden mobilisoitumista pohjasedimentistä. Monissa tapauksissa on huomioitava myös mahdollinen läjitysongelma. Lyhyesti on myös esitetty Suomen ympäristökeskuksen keräämiä tietoja Pyhäjärven kalojen haitta-ainepitoisuuksista sekä Tampereen kaupungin selvitys simpukoiden altistuskokeesta. Pirkanmaan ympäristökeskuksen tutkimusosaston kehittämät valuma-alue- ja vedenlaatumallit (Frisk 1989, Bilaletdin ym. 1991, Bilaletdin ym. 1996) antavat erittäin hyvän lähtökohdan tarkastella eri kuormitustekijöiden vaikutuksia vesistön veden laatuun nyt ja tulevaisuudessa. Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja

7 2 Alueen kuvaus ja seurantaohjelma Pyhäjärven reitti on jatkoa Vanajaveden reitille, joka laskee Lepaanvirran kautta Vanajanselkään. Vanajanselän jälkeen reittiin yhtyy Valkeakosken kautta Kärjenniemenselkään laskeva Längelmäveden Hauhon reitti. Tässä selvityksessä Pyhäjärven alueeksi on käsitetty vesistöalue Tammerkoskesta Rauttunselkään. Rauttunselkään laskee etelästä myös Oikolanjoen vesistöalue. Reitti jatkuu Konhonvuolteen kautta kohti Lempäälää. Konhonvuolteen jälkeen reittiin yhtyvät Lontilanjoen ja Tarpianjoen vesistöalueet. Reitin alaosalla ovat seuraavat selkäalueet: Kirkkojärvi, Toutonen, Vakkalanselkä ja Sorvanselkä. Pyhäjärven reitti laskee Sotkanvirran kautta Saviselkään ja edelleen Nokianvirtaan, jossa siihen yhtyy pohjoisesta laskeva Näsijärven reitti. Tampereen alapuolinen Pyhäjärvi on koko vesistöalueen keskusjärvi. Suunnittelualue osavaluma-alueineen on esitetty kuvassa 2.1, jossa näkyy myös pääpiirteissään maankäyttö seuraavalla jaolla: vesialue, taajama, pellot, metsät (taulukko 2.1). Kuvassa 2.2 on esitetty Pyhäjärven suunnittelualueen koko valumaalue. Vesistöalue on säännöstelty. Virtaamia säännöstellään Tammerkoskessa, Nokianvirrassa Melon voimalaitoksella ja Lempäälässä Herralanvirran padolla ja toisinaan myös itse Lempäälän kanavassa. Pyhäjärven ja siihen laskevien jokien seuranta suoritettiin jaksolla havaintopaikasta riippuen. Kuvassa 2.3 on esitetty järven ja jokien havaintopaikat ja taulukossa 2.2 havaintopaikkojen tarkemmat tiedot. Järvipisteiden havainnointitiheyden tavoite oli yksi havainto kuukaudessa eri syvyyksistä ja joissa yksi havainto viikossa huippuvirtaamien aikana ja yksi havainto kuukaudessa pienien virtaamien aikana. Käytännön syistä näytteenotto-ohjelma kuitenkin hieman supistui tästä tavoitteesta. Järvipisteiden määritykset olivat: lämpötila, happipitoisuus, hapen kyllästysaste, sähkönjohtavuus, ph, väriluku, kokonaistyppi, ammoniumtyppi, nitraatti-nitriittityppi, kokonaisfosfori, suodatettu kokonaisfosfori, rauta, näkösyvyys ja klorofylli. Jokipisteiden analyysit olivat: lämpötila, kiintoaine, sähkönjohtavuus, ph, väriluku, kokonaistyppi, ammoniumtyppi, nitraatti-nitriittityppi, kokonaisfosfori, suodatettu kokonaisfosfori, rauta ja näkösyvyys. Kaikki valitut Pyhäjärven seurantaohjelman pisteet ovat myös velvoitetarkkailussa ja mm. Sorvanselän piste on valtakunnallinen havaintopiste. Tämä tarkoittaa sitä, että näitä seurantapisteitä havainnoidaan jatkuvasti vuosittain vähintään kaksi kertaa vuodessa. Valittujen seurantapisteiden lisäksi on myös havaintopisteitä, joita on käytetty tässä selvityksessä lähinnä taustatietoina. 6 Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja 3 27

8 Kuva 2.1. Suunnittelualue, Tammerkoski Rauttunselkä, osavaluma-alueet ja maankäyttö. Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja

9 Kuva 2.2. Pyhäjärven koko vesistöalue Taulukko 2.1. Osavaluma-alueiden maankäyttömuotojen pinta-alat ja osuudet prosentteina valumaalueen pinta-alasta. Numero Pinta-ala km 2 Järvisyys km 2 Metsätalousmaat km 2 Maatalous km 2 Taajama km 2 35,21 679,47 136,1 356,9 98,95 41,4 35,22 273,51 34,4 136,57 57,99 9,66 35, ,72 12,95 91,54 4,42 3,5 35,24 87,43 6,49 62,15 7,75 6,2 35,25 63,56 4,83 49,34 7,51,62 35,26 136,26 11,73 88,7 28,16 3,41 35,27 118, 1,6 84,29 24,6 4,3 35,28 773,9 47,9 535,93 158,17 11,49 35,29 79,73 4,49 6,6 12,52,83 Numero Pinta-ala km 2 Järvisyys % Metsätalousmaat % Maatalous % Taajama % 35,21 679, ,22 273, , , ,24 87, ,25 63, ,26 136, ,27 118, ,28 773, ,29 79, Muut % 8 Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja 3 27

10 Kuva 2.3. Pyhäjärven ja siihen laskevien jokien seurantaohjelman havaintopaikat. Harmaalla merkitty alue kuvaa Pyhäjärven lähivaluma-aluetta. Havaintopaikkojen selitykset taulukossa 2.2. Taulukko 2.2. Seurantaohjelman Pyhäjärven ja siihen laskevien jokien havaintopaikat. Numero Paikka YKP YKI Syvyys Kunta Vesistöalue Vesistöalueen nimi 1 Pyhäjä Selkäsaari Pirkkala Pyhäjärven la 2 Pyhäjä Rajasaaren silta Pirkkala Pyhäjärven la 3 Pyhäjä 16 Saviselkä Pirkkala Pyhäjärven la 4 Pyhäjä Sorvanselkä Nokia Pyhäjärven la 5 Pyhäjä K1b Vakkalanselkä Vesilahti Pyhäjärven la 6 Pyhäjä K1c Sakaselkä Vesilahti Pyhäjärven la 7 Pyhäjä Toutosenselkä Vesilahti Pyhäjärven la 8 Kortese K16 Niittysaari Lempäälä Vuolteen a 9 Vanaja 5 Makkaraselkä Valkeakoski Jumusen - Rauttunselän a 1 Vanajanse 99 Viidennumero Valkeakoski Jumusen - Rauttunselän a 11 Vanaja 7 Rautunniemi Valkeakoski Jumusen - Rauttunselän a I Ratinanvuolle Tampere Pyhäjärven la II Nokiankoski 81 ylävirt Nokia Pyhäjärven la III Tarpianjoki Viiala Tarpianjoen alaosan a IV Nahkialanjo Rättö mts Toijala Nahkialanjoen a V Oikolanjoki Valkeakoski Oikolanjoen alaosan a Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja

11 3 Veden laatu 3.1 Pyhäjärvi Yleistä Vesien yleinen käyttökelpoisuus arvioidaan tavallisesti pintaveden perusteella virkistyskäytön kannalta oleellista kesäkautta painottaen. Vesien luokitteluperusteet muuttuvat lähivuosina vesipuitedirektiivin ja vesienhoitolain vaatimuksia vastaavaksi. Biologisia muuttujia painotetaan nykyistä enemmän, koska luokittelu tehdään vertaamalla nykyistä ekologista tilaa luonnontilaan. Veden käyttökelpoisuuden laatuluokituksessa käytetään ympäristöhallinnossa vakiintunutta käytäntöä, jossa laatuluokkia on viisi: erinomainen, hyvä, tyydyttävä, välttävä ja huono. Luokituksessa käytetyt keskeisimmät muuttujat ovat veden kokonaisfosforipitoisuus, aktiivisen yhteyttämispigmentin määrää kuvaava a-klorofyllipitoisuus, happipitoisuus, väri, näkösyvyys, hygienian indikaattoribakteerit, haitalliset aineet (raskasmetallit) sekä levähaitat. Vesien yleisen käyttökelpoisuusluokituksen raja-arvot ovat sisävesissä keskeisimpien muuttujien osalta seuraavat: Laatuluokka Kokonaisfosforipitoisuus (μg l -1 ) Klorofyllipitoisuus (μg l -1 ) I Erinomainen <12 <4 II Hyvä <3 <1 III Tyydyttävä <5 <2 IV Välttävä V Huono >1 >5 Pyhäjärven pohjoisosan (Ratinan suvanto Nokianvirta) laatuluokka on keskimäärin tyydyttävä (III lk), järven keskisissä osissa ajoittain jopa hyvä (II lk). Lievä rehevyys ja ruskeavetisyys ovat tunnusomaisia järvelle; veden laatu on kohentunut 8-luvulta alkaen pistemäisen kuormituksen (Serla Oy, Viinikan puhdistamo) vähennyttyä merkittävästi. Näsijärvestä tuleva vesi on laatuluokaltaan hyvää (II lk) ja se ei ole läheskään niin maatalouden kuormittamaa kuin Pyhäjärven eteläosan vesi ja Pirkanmaan vesistöt yleensä. Valtakunnallisen leväkukintaseurannan ja levähaittarekisteriin kertyneiden tietojen mukaan Pyhäjärven pohjoisosassa on usein vähän tai runsaasti leväkukintahavaintoja vuodesta riippuen. Levä on pääasiassa sinilevää. Pyhäjärven eteläosan (Nokianvirta Rauttunselkä) laatuluokka on keskimääräisesti tyydyttävää (III lk), mutta varsinkin lahtialueilla laatuluokka on välttävä (IV lk) leväesiintymien vuoksi. Vanajavedeltä tuleva vesi on maatalouden kuormittamaa, mutta Mallasvedeltä tuleva vesi jonkin verran parantaa veden laatua jonkin verran sekoittuessaan Rauttunselällä. Rauttunselältä Nokianvirtaan asti rantavyöhyke on tehokkaassa viljelyksessä ja huonontaa veden laatua entisestään. Valtakunnallisen leväkukintaseurannan ja levähaittarekisteriin kertyneiden tietojen mukaan Pyhäjärven eteläosassa on vähän, runsaasti tai erittäin runsaasti levää vuodesta riippuen; leväkukintojen todennäköisyys on siis suurempi kuin Pyhäjärven pohjoisosassa. Levä on pääasiassa sinilevää. Typen ja fosforin osuutta perustuotantoa rajoittavina tekijöinä joudutaan arvioimaan pohdittaessa jommankumman tai molempien ravinteiden poistotarvetta jäte- 1 Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja 3 27

12 vesistä, hajakuormituksesta ja kuormituksen vähentämisen vaikutuksia purkualueen rehevyystasoon. Minimiravinteen määrittämistä vaikeuttaa mm. se, että ravinteet ja muut tekijät rajoittavat eri levälajien kasvua eri tavoin. Minimiravinne saattaa samallakin lajilla vaihdella kasvukauden eri aikoina. Tämä johtuu lajien erilaisista ravinnevaatimuksista ja ravinteiden saatavuuden, käyttökelpoisuuden sekä kiertonopeuden vaihteluista. Fosfori on useimmiten minimiravinteena Suomen sisävesistöissä. Ravinnesuhdetarkastelut antavat alustavan käsityksen vesistön minimiravinteesta. Minimiravinteen arvioimiseksi voidaan käyttää mm. kokonaisravinteiden tai mineraaliravinteiden ravinnesuhteita. Tässä selvityksessä on verrattu kaikkien hankkeen järvihavaintopisteiden kokonaisravinteiden suhdetta kok-n / kok-p. Forsbergin ym. (1978) mukaan suhteen ollessa < 1 minimiravinne on typpi, suhteen ollessa välillä 1 17 minimiravinne on fosfori ja typpi ja suhteen olleessa > 17 minimiravinne on fosfori. Koko Pyhäjärven alueella fosfori on pääosin selvästi minimiravinne ja säätelee siten leväkasvua. Pyhäjärven pohjoisosassa fosfori on jatkuvasti selvästi minimiravinteena, havaintopisteiden ravinnesuhteiden keskiarvon ollessa n. 75. Typen määrää tällä alueella nostaa entisestäänkin Tampereen kaupungin jätevedenpuhdistamot, joiden kokonaistypen poisto (Viinikka n. 3 % ja Rahola n. 2%) on selvästi pienempi kuin kokonaisfosforin poisto (yli. 95 %). Pyhäjärven eteläosassa fosfori on pääosin myös minimiravinne, havaintopisteiden ravinnesuhteiden keskiarvo on n. 22. Muutamassa havaintopaikassa ravintosuhde on heinäkuun puolivälin ja syyskuun aikana 12 17, jolloin minimitekijänä olisi fosfori ja typpi. Missään havaintopaikassa ravinnesuhde ei kuitenkaan laske alle 1, jolloin typpi olisi selkeä minimitekijä. Alhaisen typpiravinteiden määrän tiedetään suosivan sinilevien esiintymistä. Osa sinilevistä kykenee sitomaan ilmakehän typpeä, kun veden typen pitoisuudet ovat alhaisia. Pyhäjärven eteläosan typpipitoisuudet ovat kuitenkin sillä tasolla, että typen sidonta ei todennäköisesti lisää merkittävästi sinilevien esiintymistä. Eteläosan hetkelliset typen suhteellisen pienet osuudet johtuvat maatalouden peltokuormituksen voimakkaasta fosforikuormasta. Typen suhteellisen osuuden laskiessa minimiravinnetasolle, tulisi vähentää voimakkaasti nimenomaan fosforin kuormitusta, jotta fosforista tulisi jatkuvasti leväkasvun minimiravinne. Pyhäjärven järvialtaiden tilan selvittämiseksi tarkastellaan tässä raportissa 11 järvipisteen ja kahden ns. jokipisteen veden laatua jaksolla 4/23 4/25. Järvipisteiden osalta esitetään pinnan ja pohjan läheisen veden pitoisuudet. Tässä yhteydessä esitetyt Ratinanvuolteen ja Nokiankosken ylävirran vedenlaadun havainnointi edustavat käytännössä Näsijärven ja Pyhäjärvestä Kokemäenjokeen lähtevän veden laatua Fosfori Yleisesti voidaan sanoa kokonaisravinteiden ja klorofyllin osalta, että Näsijärvestä tulevan veden pitoisuudet nousevat Pyhäjärven pohjoisosassa lähinnä Tampereen jätevedenpuhdistamoiden kuormituksen vuoksi kuvat ( ). Vanajaveden ja Mallasveden suunnasta tulevan veden pitoisuudet nousevat Pyhäjärven eteläosassa ennen Nokianvirtaa lähinnä maatalouden kuormituksen vuoksi. Pohjoisosan ja eteläosan veden sekoittuessa Nokianvirran veden laatu on pitkällä aikavälillä lähellä näiden Pyhäjärven osien vedenlaadun keskiarvoa, koska pohjoisesta ja etelästä tulevat vesimäärät ovat hyvin lähellä toisiaan, toisin sanoen kokonaisvaluma-alueet ovat melkein yhtä suuret. Virtausolosuhteista riippuen molemmista suunnista tulevat vedet ovat säännösteltyjä lyhytaikaisesti tilanne on kuitenkin Nokianvirrassa erilainen. Tähän säännöstelyn aiheuttamaan tilanteeseen ei kuitenkaan tässä raportissa puututa. Pyhäjärven pohjoisosassa kokonaisfosforin keskipitoisuus Ratinanvuolteessa on havaintojaksolla 1,8 μg l -1, joka vastaa Näsijärven veden laatua. Selkäsaaren ja Ra- Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja

13 jasaaren havaintopisteiden kokonaisfosforin keskipitoisuudet ovat 15,7 μg l -1 ja 15,1 μg l -1 pintakerroksessa (kuvat 3.1 ja 3.2). Kokonaisfosforin nousu johtuu Tampereen jätevedenpuhdistamoiden kuormituksesta. Pohjan keskipitoisuudet ovat 25,6 μg l -1 ja 23,7 μg l -1. Selkäsaaren ja Rajasaaren suurimmat pohjanläheiset pitoisuudet ovat 87 μg l -1 ja 18 μg l -1. Pyhäjärven eteläosan fosforipitoisuuksia seurataan tulosuunnasta, jonka ensimmäinen havaintopiste on Viidennumero. Pintakerroksen kokonaisfosforin keskipitoisuus on 28,5 μg l -1 (kuva 3.11). Tämä kuvaa Vanajaveden keskipitoisuutta seurantajaksolla. Pohjan läheisen veden keskipitoisuus on 43,9 μg l -1. Mallasveden suunnasta tuleva veden havaintopaikan Rauttunniemen pintakerroksen kokonaisfosforin keskipitoisuus on 2 μg l -1, mikä selvästi parantaa sekoittuessaan Pyhäjärven eteläosan laatua (kuva 3.1). Myös pohjan läheisen veden keskipitoisuus on vain 27,6 μg l -1. Makkaranselän pintakerroksen kokonaisfosforin keskipitoisuus on 22,7 μg l -1 (kuva 3.9). Tarpianjoen suuren valuma-alueen kuormitus näkyy seuraavissa havaintopisteissä. Korteselän ja Toutosenselän pintakerroksen kokonaisfosforin keskipitoisuudet ovat 36,9 μg l -1 ja 37,3 μg l -1 (kuvat 3.7 ja 3.8). Toutosenselältä löytyy koko Pyhäjärven suurin pohjanläheinen fosforipitoisuus 25 μg l -1 lopputalvelta 23. Myös loppukesän 23 pohjanläheinen fosforipitoisuus on 12 μg l -1. Sakaselän havaintopiste on hieman sivussa tarkastelluista järvialtaista ja voidaan olettaa, että sen vedenvaihtuvuus on huonompi kuin muissa pisteissä ja siksi myös ravinnepitoisuudet suuremmat. Pintakerroksen kokonaisfosforin keskipitoisuus on 43,9 μg l -1, joka on suurin koko seurantaohjelmassa (kuva 3.6). Vakkalanselän, Sorvanselän ja Saviselän havaintopisteiden kokonaisfosforin keskipitoisuudet ovat 34, μg l -1, 24,2 μg l -1 ja 25,1 μg l -1 pintakerroksessa (kuvat 3.3, 3.4 ja 3.5). Nokianvirran kokonaisfosforin keskipitoisuus on hyvin lähellä Pyhäjärven pohjoisen 15,1 μg l -1 ja etelän 25,1 μg l -1 keskiarvoa. Kokonaisfosforin keskipitoisuus havaintojaksolla on 2,2 μg l -1. Suodatetun kokonaisfosforin pintakerroksen keskipitoisuudet koko seurantaohjelmassa eivät muutu radikaalisti: ne vaihtelevat välillä 3,6 μg l -1 (Ratinan vuolle) 12, μg l -1 (Viidennumero), jotka kuvaavat paljolti Näsijärven ja Vanajaveden vettä. Selvästi peltovaltaisilla alueilla suodatetun kokonaisfosforin määrä suhteessa kokonaisfosforiin on pieni, koska suuri osa fosforista huuhtoutuu vesistöön eroosion kautta kiintoaineen mukana. Ensi katsomalta on hämmästyttävää, että vaikka kokonaisfosfori lisääntyy Pyhäjärven pohjoisosassa Tampereen jätevedenpuhdistamoiden vuoksi, niin suodatetun kokonaisfosforin osuus ei oleellisesti nouse. Tämä selittynee sillä, että Näsijärvestä tulevan veden leville käyttökelpoisen fosforin osuus on luontaisesti suhteellisen pieni ja jätevedenpuhdistamoiden päästöjen liukoinen fosfori siirtyy hyvin nopeasti leväkasvuun. μg l Pinta Pohja Kuva 3.1. Selkäsaari, kokonaisfosforipitoisuus Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja 3 27

14 μg l Pinta Pohja Kuva 3.2. Rajasaaren silta, kokonaisfosforipitoisuus μg l Pinta Pohja Kuva 3.3. Saviselkä, kokonaisfosforipitoisuus μg l Pinta Pohja Kuva 3.4. Sorvanselkä, kokonaisfosforipitoisuus Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja

15 μg l Pinta Pohja Kuva 3.5. Vakkalanselkä, kokonaisfosforipitoisuus μg l Pinta Pohja Kuva 3.6. Sakaselkä, kokonaisfosforipitoisuus μg l Pinta Pohja Kuva 3.7. Toutosenselkä, kokonaisfosforipitoisuus Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja 3 27

16 μg l Pinta Pohja Kuva 3.8. Korteselkä, kokonaisfosforipitoisuus μg l Pinta Pohja Kuva 3.9. Makkaraselkä, kokonaisfosforipitoisuus μg l Pinta Pohja Kuva 3.1. Rautunniemi, kokonaisfosforipitoisuus Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja

17 μg l Pinta Pohja Kuva Viidennumero, kokonaisfosforipitoisuus μg l I I = Ratinanvuolle II = Nokiankoski 1 = Selkäsaari 2 = Rajasaaren silta 3 = Saviselkä 1 2 II 3 4 = Sorvanselkä 5 = Vakkalanselkä 6 = Sakaselkä 7 = Toutosenselkä 8 K lkä = Makkaraselkä 1 = Viidennumero 11 = Rautunniemi km Kuva Kokonaisfosforipitoisuudet eri havaintopisteissä , x-akselilla etäisyys Ratinanvuolteesta. μg l I = Ratinanvuolle II = Nokiankoski 1 = Selkäsaari 2 = Rajasaaren silta 3 = Saviselkä I 1 2 I II 3 4 = Sorvanselkä 5 = Vakkalanselkä 6 = Sakaselkä 7 = Toutosenselkä 8 K lkä km 8 9 = Makkaraselkä 1 = Viidennumero 11 = Rautunniemi Kuva Kokonaisfosforipitoisuudet eri havaintopisteissä , x-akselilla etäisyys Ratinanvuolteesta. 16 Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja 3 27

18 μg l I = Ratinanvuolle II = Nokiankoski 1 = Selkäsaari 2 = Rajasaaren silta 3 = Saviselkä 1 I 2 II 3 4 = Sorvanselkä 5 = Vakkalanselkä 6 = Sakaselkä 7 = Toutosenselkä 8 = Korteselkä = Makkaraselkä 1 = Viidennumero 11 = Rautunniemi km Kuva Kokonaisfosforipitoisuudet eri havaintopisteissä , x-akselilla etäisyys Ratinanvuolteesta. μg l I = Ratinanvuolle II = Nokiankoski 1 = Selkäsaari 2 = Rajasaaren silta 3 = Saviselkä I 1 2 II 3 4 = Sorvanselkä 5 = Vakkalanselkä 6 = Sakaselkä 7 = Toutosenselkä 8 = Korteselkä = Makkaraselkä 1 = Viidennumero 11 = Rautunniemi km Kuva Kokonaisfosforipitoisuudet eri havaintopisteissä , x-akselilla etäisyys Ratinanvuolteesta. μg l I I = Ratinanvuolle II = Nokiankoski 1 = Selkäsaari 2 = Rajasaaren silta 3 = Saviselkä 1 2 II 3 4 = Sorvanselkä 5 = Vakkalanselkä 6 = Sakaselkä 7 = Toutosenselkä 8 = Korteselkä = Makkaraselkä 1 = Viidennumero 11 = Rautunniemi km Kuva Kokonaisfosforipitoisuudet eri havaintopisteissä , x-akselilla etäisyys Ratinanvuolteesta. Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja

19 μg l Kokonaisfosfori Suod. kokonaisfosfori Ratinanvuolle Selkäsaari Rajasaari Nokiankoski, yläv. Saviselkä Sorvanselkä Vakkalanselkä Sakaselkä Toutosenselkä Korteselkä Makkaraselkä Rautunniemi Viidennumero Kuva Kokonaisfosforin ja suodatetun kokonaisfosforin keskimääräiset pitoisuudet havaintojaksolla Typpi Typpi ei ole Pyhäjärvessä leväkasvun kannalta keskeinen ravinne. Se on fosforin ohella miniravinteena ainoastaan satunnaisesti. Pyhäjärven pohjoisosassa kokonaistypen keskipitoisuus Ratinanvuolteessa on havaintojaksolla 555 μg l -1, joka vastaa Näsijärven veden laatua. Selkäsaaren ja Rajasaaren havaintopisteiden kokonaisfosforin keskipitoisuudet ovat 112 μg l -1 ja 189 μg l -1 pintakerroksessa (kuvat 3.18 ja 3.19). Kokonaisfosforin nousu johtuu Tampereen jätevedenpuhdistamoiden kuormituksesta. Kokonaistypen poisto Viinikan ja Raholan jätevedenpuhdistamoissa on n. 3 % ja 2 %. Pohjan läheisen veden keskipitoisuudet ovat 132 μg l -1 ja 1129 μg l -1. Pyhäjärven eteläosan typpipitoisuuksia seurataan tulosuunnasta, jonka ensimmäinen havaintopiste on Viidennumero. Pintakerroksen kokonaistypen keskipitoisuus on 77 μg l -1 (kuva 3.28). Tämä kuvaa Vanajaveden keskipitoisuutta seurantajaksolla. Mallasveden suunnasta tuleva veden havaintopaikan Rauttunniemen pintakerroksen kokonaistypen keskipitoisuus on 522 μg l -1, joka selvästi parantaa sekoittuessaan Pyhäjärven eteläosan laatua (kuva 3.27). Makkaranselän pintakerroksen kokonaistypen keskipitoisuus on 67 μg l -1 (kuva 3.26). Tarpianjoen suuren valuma-alueen kuormitus näkyy seuraavissa havaintopisteissä. Korteselän ja Toutosenselän pintakerroksen kokonaistypen keskipitoisuudet ovat 778 μg l -1 ja 814 μg l -1 (kuvat 3.24 ja 3.25). Sakaselän pintakerroksen kokonaistypen keskipitoisuus on 926 μg l -1 (kuva 3.23). Vakkalanselän, Sorvanselän ja Saviselän havaintopisteiden kokonaistypen keskipitoisuudet ovat 79 μg l -1, 722 μg l -1 ja 789 μg l -1 pintakerroksessa (kuvat 3.2, 3.21 ja 3.22). Nokianvirran kokonaistypen keskipitoisuus on havaintojaksolla 9 μg l -1. Ammoniumtyppi ja nitraatti-nitrittityppi on myös analysoitu. Ratinanvuolteen NO 2 -NO 3 keskipitoisuus on melko suuri, 216 μg l -1, verrattuna maatalouden kuormittaman Vanajaveden Viidennumeron (193 μg l -1 ) ja Mallasvettä paljolti kuvaavan Rautunniemen (48 μg l- 1 ) pitoisuuksiin. Ratinanvuolteessa tämä johtuu todennäköisesti Tammerkoskessa tapahtuvassa ilmastuksesta jonka seurauksena nitrifikaatiossa ammoniumtyppi muuttuu nitraatiksi. Ammoniumtypen keskipitoisuus Ratinanvuolteessa on vain 7 μg l -1. Ammoniumtypen arvot ovat myös Pyhäjärven eteläosassa pieniä, suurimman keskipitoisuuden ollessa Toutosenselällä 28 μg l -1. Tämä viittaa siihen, että karjatalouden suorat päästöt eivät ole erityisen suuria tällä alueella. 18 Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja 3 27

20 μg l Pinta Pohja Kuva Selkäsaari, kokonaistyppipitoisuus μg l Pinta Pohja Kuva Rajasaaren silta, kokonaistyppipitoisuus μg l Pinta Pohja Kuva 3.2. Saviselkä, kokonaistyppipitoisuus Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja

21 μg l Pinta Pohja Kuva Sorvanselkä kokonaistyppipitoisuus μg l Pinta Pohja Kuva Vakkalanselkä, kokonaistyppipitoisuus μg l Pinta Pohja Kuva Sakaselkä, kokonaistyppipitoisuus Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja 3 27

22 μg l Pinta Pohja Kuva Toutosenselkä, kokonaistyppipitoisuus μg l Pinta Pohja Kuva Korteselkä, kokonaistyppipitoisuus μg l Pinta Pohja Kuva Makkaraselkä kokonaistyppipitoisuus Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja

23 μg l Pinta Pohja Kuva Rautunniemi, kokonaistyppipitoisuus μg l Pinta Pohja Kuva Viidennumero, kokonaistyppipitoisuus Klorofylli ja muut laatutekijät Klorofyllin suurimmat arvot esiintyvät Pyhäjärven eteläosassa (kuvat 3.4, 3.41 ja 3.42). Ratinanvuolteen klorofyllin keskipitoisuus on vain 2,9 μg l -1 ja jätevedenpuhdistamoiden kuormittamissa Selkäsaaren ja Rajasaaren havaintopisteissä pitoisuudet ovat 7,9 μg l -1 ja 8,5 μg l -1 (kuvat 3.29 ja 3.3). Viidennumeron ja Rautunniemen pitoisuudet ovat 12,1 μg l -1 ja 12,4 μg l -1, mutta eteläosan klorofyllipitoisuudet nousevat reilusti ennen Nokianvirtaa (kuvat 3.38 ja 3.39). Suurin keskipitoisuus on Sakaselällä 32,7 μg l -1, jonka minipitoisuuskin on 2, μg l -1 (kuva 3.34). Happipitoisuudet Pyhäjärven selkävesillä ovat pohjan läheisyydessä kerrostuneisena aikana, sekä lopputalvella että loppukesällä, kauttaaltaan lähellä nollaa. Keskipitoisuuksia tarkastellessa huonoin tilanne on eteläosan Vakkalanselällä, jossa havaintojakson pohjan happipitoisuuden keskiarvo on 3,8 mg l -1. Tilanne ei ole paljon parempi muissakaan havaintopisteissä. Pohjan huono happitilanne vapauttaa liukoista fosforia sedimentistä, joka täyskierron aikana lisää entisestään leville käyttökelpoisen fosforin määrää pintakerroksessa. Veden sähkönjohtavuus kuvaa vedessä olevien suolojen määrää: mitä enemmän suoloja, sitä suurempi sähkönjohtavuus. Sähkönjohtavuuden arvot eroavat selvästi Pyhäjärven pohjois- ja eteläosassa. Pohjoisosan sähkönjohtavuuden keskipitoisuuden 22 Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja 3 27

24 arvot vaihtelevat pintakerroksessa välillä 5,5-7,2 ms m -1 ja eteläosan pitoisuudet ovat välillä 13,9 18, ms m -1. Suuremmat arvot indikoivat lannoitteiden kuormitusta järveen. Pyhäjärven ph-arvot eivät vaihtele merkittävästi. Havaitut keskipitoisuudet ovat koko alueella välillä 7, 7,8. Suuret ph-arvot voivat olla merkkinä runsaasta levätuotannosta. Suurin havaittu arvo on 8,9 Sakaselällä, jolloin myös Sakaselän klorofyllipitoisuus on isoimmillaan. Väriluku kuvastaa veden humuspitoisuutta. Keskimääräinen veden väriluku vaihtelee koko tarkastelualueella 22 5 mg Pt l -1. Suurin havaittu arvo 1 mg Pt l -1 on Korteselältä. μg l Kuva Selkäsaari, chl-a pitoisuus μg l Kuva 3.3. Rajasaaren silta, chl-a pitoisuus Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja

25 μg l Kuva Saviselkä, chl-a pitoisuus μg l Kuva Sorvanselkä, chl-a pitoisuus μg l Kuva Vakkalanselkä, chl-a pitoisuus Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja 3 27

26 μg l Kuva Sakaselkä, chl-a pitoisuus μg l Kuva Toutosenselkä, chl-a pitoisuus μg l Kuva Korteselkä, chl-a pitoisuus Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja

27 μg l Kuva Makkaraselkä, chl-a pitoisuus μg l Kuva Rautunniemi, chl-a pitoisuus μg l Kuva Viidennumero, chl-a pitoisuus Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja 3 27

28 μg l I = Ratinanvuolle II = Nokiankoski 1 = Selkäsaari 2 = Rajasaaren silta 3 = Saviselkä I = Sorvanselkä 5 = Vakkalanselkä 6 = Sakaselkä 7 = Toutosenselkä 8 = Korteselkä II = Makkaraselkä 1 = Viidennumero 11 = Rautunniemi km Kuva 3.4. Chl-a pitoisuudet eri havaintopisteissä , x-akselilla etäisyys Ratinanvuolteesta. μg l I = Ratinanvuolle II = Nokiankoski 1 = Selkäsaari 2 = Rajasaaren silta 3 = Saviselkä I I 1 2 II 3 4 = Sorvanselkä 5 = Vakkalanselkä 6 = Sakaselkä 7 = Toutosenselkä 8 = Korteselkä = Makkaraselkä 1 = Viidennumero 11 = Rautunniemi km Kuva Chl-a pitoisuudet eri havaintopisteissä , x-akselilla etäisyys Ratinanvuolteesta. μg l I = Ratinanvuolle II = Nokiankoski 1 = Selkäsaari 2 = Rajasaaren silta 3 = Saviselkä I 1 2 II 3 4 = Sorvanselkä 5 = Vakkalanselkä 6 = Sakaselkä 7 = Toutosenselkä 8 = Korteselkä = Makkaraselkä 1 = Viidennumero 11 = Rautunniemi km Kuva Chl-a pitoisuudet eri havaintopisteissä , x-akselilla etäisyys Ratinanvuolteesta. Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja

29 3.2 Joet Pyhäjärven havainto-ohjelmassa on seurattu yhteensä viittä jokea. Ratinanvuolteen ja Nokianvirran veden laatua on kuitenkin kuvattu edellä, joten tässä keskitytään vain Tarpianjoen, Nahkialanjoen (Lontilanjoen) ja Oikolanjoen havaintoihin. Oikolanjoen alueella oleva Äimäjärvi rehevöityi aikoinaan ilmeisesti jätevesipäästöjen takia. Rehevyystaso on edelleen erittäin korkea hajakuormituksen ja sisäisen kuormituksen takia. Järvestä purkautuva vesi heikentää myös Oikolanjoen tilaa. Kalvolan kunnan jätevedet vaikuttavat veden laatuun erityisesti alivirtaamien aikana. Alajuoksulla olevan Päivölän Opiston jätevedet eivät vaikututa merkittävästi vesistön tilaan. Oikolanjoen veden yleislaatu vaihtelee tyydyttävästä välttävään. Pienten alivirtaamien aikana veden laatu voi olla väliaikaisesti jopa huono hygieenisen likaantumisen takia. Happitilanne on kuitenkin koko ajan vähintään tyydyttävä. Alajuoksulla oleva Saarioisjärvi on umpeen kasvamassa ja sillä on arvoa lähinnä lintuvetenä (Kokemäenjoen vesistön vesiensuojeluyhdistys 1991). Kokonaisfosforin keskipitoisuus on 74 μg l -1, joka on tyypillinen jokiveden fosforipitoisuus (kuvat 3.43 ja 3.44). Kokonaistypen korkeahko keskipitoisuus 2 μg l -1 viittaa jätevesikuormitukseen. Väriluvun keskiarvo 84 mg Pt l -1 ja kiintoaineen keskipitoisuus 9,9 mg l -1. Lontilanjokeen johdetaan Toijalan puhdistamon jätevedet. Viialan kunnan (vuoden 27 alusta Viiala ja Toijala yhdistyivät Akaan kunnaksi) jätevedet on johdettu Toijalaan vuodesta 1993 lähtien. Lontilanjoen veden laatu oli 197-luvun alkuvuosina huono ennen jätevesien käsittelyn tehostumista. Nykyisin yläjuoksun veden laatu on hajakuormituksen takia tyydyttävä ja alajuoksun välttävä, koska jätevedet vaikuttavat selvästi veden laatuun varsinkin alivirtaamien aikana. Happitilanne on joessa nykyisin tyydyttävä (Kokemäenjoen vesistön vesiensuojeluyhdistys 1991). Pyhäjärveen joki laskee Nahkialanjoen kautta. Nahkialanjoen veden laatu on havaituista huonoin. Kokonaisfosforin keskipitoisuus on 1 μg l -1 (kuvat 3.43 ja 3.44). Kokonaistypen korkea keskipitoisuus 3762 μg l -1 (maksimi 21 μg l -1 ), johtuu selvästi jätevesikuormituksesta. Väriluku on 178 mg Pt l -1 ja kiintoaineen keskipitoisuus 18, mg l -1. Tarpianjoen veden laatuun vaikuttaa myös merkittävästi hajakuormitus. Veden laatu vaihtelee tyydyttävästä välttävään valumatilanteesta riippuen. Nuutajärven taajaman jätevedet johdetaan Nuutajokeen, joka laskee Rutajärveen. Jätevedet eivät vaikuta merkittävästi Nuutajoen veden laatuun. Nuutajärvi, josta Nuutajoki laskee, on hajakuormituksen takia rehevöitynyt. Aikaisemmin joessa esiintyi voimakkaita sinileväkukintoja. Myös Rutajärvi on rehevöitynyt ja samentunut lähinnä Nuutajoen heikon veden laadun takia. Sen veden laatu on tyydyttävä. Hakkarinjokeen laskevan Urjalan kirkonkylän jätevesien vaikutus on selvä alivirtaamien aikana. Muutoin veden laadun määrää hajakuormitus. Myös alajuoksulla oleva Jalantijärvi kärsii rehevyydestä, johon on pääsyynä hajakuormitus. Kylmäkosken jätevesien vaikutus havaitaan vain alivirtaamien aikana (Kokemäenjoen vesistön vesiensuojeluyhdistys 1991). Tarpianjoen veden laatu on havaitusta paras, varsinkin typen osalta. Pyhäjärven kuormittajana se on kuitenkin merkittävä ison valuma-alueensa vuoksi. Jätevesikuormituksen merkitys ei ole niin selvä kuin muissa joissa. Kokonaisfosforin keskipitoisuus on 74 μg l -1 (kuvat 3.43 ja 3.44). Kokonaistypen keskipitoisuus on 1666 μg l -1 (maksimi 29 μg l -1 ). Väriluku on 122 mg Pt l -1 ja kiintoaineen keskipitoisuus 7,8 mg l Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja 3 27

30 μg l Tarpianjoki Nahkialanjoki Oikolanjoki Kuva Tarpianjoen, Nahkialanjoen ja Oikolanjoen kokonaisfosforipitoisuudet μg l Tarpianjoki Nahkialanjoki Oikolanjoki Kuva Tarpianjoen, Nahkialanjoen ja Oikolanjoen kokonaistyppipitoisuudet Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja

31 4 Pyhäjärven ravinnekuormitus ja ainetaselaskelmat 4.1 Laskentamenetelmät Ravinnekuormitus Fosforikuormituksen arvioinnissa on käytetty ympäristöhallinnossa kehitettyä vesistökuormituksen arviointijärjestelmää VEPS (Suomen ympäristökeskus 24). VEPSjärjestelmä arvioi pistekuormituksen, maatalouden, metsätalouden, luonnonhuuhtouman, hulevesien, loma-asutuksen, turvetuotannon, laskeuman ja haja-asutuksen aiheuttaman kuormituksen. VEPS:llä voidaan arvioida kokonaistypen ja -fosforin kuormat vuositasolla (kg km -2 v -1 ). Vaikka VEPS ei huomioi valuma-alueella tapahtuvaa pidättymistä, järjestelmän käyttö oli perusteltua pienten vähäjärvisten osavaluma-alueiden sekä kohdevesistön lähivaluma-alueiden kuormituksen arvioinnissa joissa pidättymistä ei tapahdu. Kuormitukset sellaisilta valuma-alueilta, joilla pidättymistä tapahtuu, laskettiin vuotuisena ainevirtaamana vuoden 24 vedenlaatuhavaintojen sekä Suomen ympäristökeskuksessa kehitetyn hydrologisen vesistömallin laskennallisten virtaamien avulla. Ainevirtaamalla tarkoitetaan joen tietyssä kohdassa virtaavan aineen määrää aikayksikössä. Ainevirtaama lasketaan virtaaman ja pitoisuuden tulona, yksikkönä esimerkiksi kiloa vuorokaudessa. Käytännössä yleisin tilanne on se, että käytettävissä on päivittäiset (esim. laskennalliset) virtaamatiedot, mutta pitoisuusmittauksia on tehty harvemmin. Näin oli myös Pyhäjärven reitin vesistöalueella. Tietyn jakson (esim. vuoden) ainevirtaamia laskettaessa voidaan menetellä siten, että lasketaan pitoisuuksien virtaamapainotettu keskiarvo ja kerrotaan se jakson keskivirtaamalla. Laskukaava (1) on muotoa (Frisk ja Kylä-Harakka 1981): ciqi L = Q (1) q missä: i L = ainevirtaama (M T -1 ) c i = näytteenottohetken pitoisuus (M L -3 ) q i = näytteenottohetken virtaama (L 3 T -1 ) Q = laskentajakson keskivirtaama (L 3 T -1) Järvialtaiden ainetaseiden laskenta Monet ihmisen toiminnot sekä vesien- ja maankäyttömuodot, kuten asutus, maaja metsätalous, teollisuus ja kalankasvatus aiheuttavat vesistöihin kohdistuvaa ravinnekuormitusta. Seurauksena on usein ollut vesistön rehevöityminen lukuisine haittoineen. Jotta vesiensuojelutoimenpiteitä kyettäisiin kohdentamaan tehokkaasti, on tunnettava ravinnekuormituksen aiheuttavat kuormituslähteet sekä ravinnekuormituksen ja vesistön tilan välinen riippuvuus. 3 Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja 3 27

32 Järven rehevöityminen tapahtuu yleensä pitkän ajan kuluessa. Myös kokonaisfosforin keskipitoisuuden muutokset tapahtuvat vähitellen. Fosfori on useimmissa Suomen vesistöissä osoittautunut perustuotannon minimitekijäksi, joten rehevöitymisongelmat ovat suurimmaksi osaksi johtuneet fosforipitoisuuden kasvusta. Vesistön rehevyystason ennustamiseksi muuttuvassa kuormitustilanteessa on kehitetty yksinkertaisia fosfori- ja typpimalleja. Lähtökohtana näissä malleissa on ainetasetarkastelu. Ainetasemallien lähtökohtana on massatasapainoyhtälö, jossa tarkastellaan järveen tai tiettyyn vesistönosaan tulevia ja siitä lähteviä ainevirtaamia sekä aineen sedimentoitumista tai jotain muuta vesistön sisäistä prosessia. Yksinkertaisimmissa malleissa on mukana vain yksi tilamuuttuja, esimerkiksi kokonaisfosfori, ja yksi prosessi, fosforin sedimentoituminen. Tällaisilla malleilla voidaan ennustaa keskimääräistä fosforipitoisuutta vakiintuneissa kuormitusoloissa. Ainetasemallien perusyhtälö voidaan kirjoittaa muodossa (kaava 2): dm dt = I O S (2) missä m = tarkasteltavan aineen kokonaismäärä järvessä t = aika I = tarkasteltavan aineen järveen tuleva kokonaisainevirtaama = tarkasteltavan aineen kokonaislähtövirtaama S = vesistön sisäisten prosessien vaikutus tarkasteltavan aineen määrään järvessä Yhtälön (2) vasemman puolen derivaatta ilmaisee tarkasteltavan aineen kokonaismäärän muutosnopeutta. Ainetasetarkastelua sovellettaessa joudutaan usein olettamaan tasapainotila, jolloin em. derivaatta merkitään nollaksi. Tasapainotilassa siis (kaava 3): I O= S (3) Järvien ainetasemalleissa käytetään yleensä ns. CSTR-hydrauliikkaa, jossa tarkasteltava allas oletetaan koko ajan täysin sekoittuneeksi. Tällainen kuvaus soveltuu vesistöissä vain pitkäaikaiskeskiarvojen ennustamiseen. Koska mallioletusten mukaan vesi on homogeenista, poistuvan veden pitoisuus on sama kuin pitoisuus altaassa, jolloin luusuan kautta poistuva ainevirtaama voidaan laskea järvialtaan pitoisuuden ja lähtövirtaaman tulona (kaava 4): O= Qc (4) missä Q = lähtövirtaama c = tarkasteltavan aineen pitoisuus Sisäisten prosessien vaikutus S on vaikeimmin kuvattava termi. Ravinteille S määritellään bruttosedimentaation ja sedimentistä vapautumisen erotuksena, mikä tarkoittaa nettosedimentaatiota. Yleisimmin kuitenkin yhtälössä käytetään vain nettosedimentaatiotermiä seuraavasti (kaavat 5 ja 6): Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja

33 S = RI (5) missä R = pidättymiskerroin, joka ilmaisee sen, mikä osuus tulevasta ainevirtaamasta pidättyy järvessä I = tuleva kokonaisainevirtaama tai S = σ cv (6) missä σ = ensimmäisen kertaluvun sedimentaatiokerroin c = pitoisuus järvessä V = järven tilavuus Yhtälöiden (3), (4) ja (6) avulla saadaan yhtälö (7) pitoisuuden laskemiseksi, joka on tunnettu Vollenweiderin (1969) malli. I c = Q+ σv (7) Käytetty tasapainotilan ainetasekaavio ravinteille voidaan esittää myös yksinkertaisella kuvalla (kuva 4.1). Kaava (7) kalibroidaan asettamalla ensimmäisen kertaluvun sedimentaatiokerroin vakioksi niin, että havaitut ja lasketut pitoisuudet ovat mahdollisimman lähellä toisiaan. Kalibroidulla kaavalla voidaan arvioida veden keskimääräisiä ainepitoisuuksia useiden kuormittajien systeemissä. Kuormitustietoja muuttamalla voidaan ennustaa pitoisuuksien pitkäaikaiskeskiarvojen kehitystä. Kuva 4.1. Tasapainotilan ainetasekaavio altaassa. Sedimentaation ja sedimentistä vapautuvan fosforin erotus tarkoittaa nettosedimentaatiota, jota käytetään esim. yhtälössä (7). 32 Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja 3 27

34 4.2 Hydrologia Vuosi 24 oli keskimääräistä lämpimämpi ja sateisempi. Vuotuinen sademäärä kohosi koko maassa keskiarvoa suuremmaksi. Koko vuoden sademäärä oli keskiarvoa suurempi. Vuotuinen sadanta oli yleisesti 6 9 mm eli pääosin % tavanomaista suurempi. Huhtikuussa satoi selvästi vähiten. Suurin osa eli 7 8 % vuoden sademäärästä saatiin touko syyskuussa. Heinäkuussa satoi paikoin ennätyksellisen paljon. Myös joulukuussa satoi lähes koko maassa keskimääräistä enemmän. Eteläja Lounais-Suomen virtaamat olivat ajankohtaan nähden hyvin suuria joulukuussa. Suurimpien jokien vuotuiset keskivirtaamat olivat keskimääräistä suurempia tai sen tuntumassa lukuun ottamatta Kokemäenjokea. (Hydrologinen yleiskatsaus 24.) VEPS-järjestelmän antamat vuosikuormitukset kuvaavat keskimääräistä tilannetta, joten virtaamasta riippuvien kuormitustekijöiden osalta käytettiin korjauskerrointa, jotta kokonaiskuormitus saatiin vastaamaan vuoden 24 tilannetta. Virtaamasta riippuvien kuormitustekijöiden arvioitiin olevan vuonna 2 % keskimääräistä suurempia. 4.3 Vesistöalueen järvialtaiden ja osavalumaalueiden systeemikuvaus Pyhäjärvi jaettiin kuuteen osa-altaaseen kuormitus- ja ainetaselaskelmia varten. Tarkasteluun on lisäksi otettu Vanajavedestä Lempäälän ja Viidennumeron välinen osa joka on jaettu kolmeen osa-altaaseen. Osa-allas jako on esitetty kuvassa 4.2. Alue on rajattu siten että Näsijärven reitin suunnalta Tammerkosken kautta tuleva kuormitus lasketaan virtaamahavaintojen ja vedenlaatumittausten avulla. Rauttunselälle tuleva kuormitus on arvioitu pohjoisesta Mallasveden kautta tulevan kuormituksen osalta Rauttunniemessä olevan vedenlaatuhavaintopisteen ja keskimääräisen virtaaman avulla. Vanajaveden suunnasta tuleva ainevirtaama on laskettu virtaama- ja vedenlaatuhavainnoista. Taulukossa 4.1. on esitetty kunkin osa-altaan pinta-ala sekä tilavuus. Taulukko 4.1. Tutkimusalueen osa-altaiden pinta-alat (A) ja tilavuudet (V). Nro Allas A (km 2 ) V (16 m 3 ) 9 Rauttunselkä E 15,4 85,7 8 Makkaraselkä 13, 28,8 7 Liponselkä 7,3 8, 6 Toutosenselkä 3,1 72, 5 Vakkalanselkä 21,1 15,2 4 Sorvanselkä 26,8 176, 3 Saviselkä E 8,4 62,3 2 Saviselkä P 4,9 2,6 1 Tampere-Rajasaari 2, 175,9 Tarkasteltavan vesistön valuma-alue jaettiin osavaluma-alueisiin, mikä mahdollistaa ravinnekuormituksen kohdentamisen vesistön eri osiin. Valuma-aluejako on esitetty kuvassa 4.2. Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja

35 Kuva 4.2. Tutkimusalueen osa-altaat sekä osavaluma-alueet. 4.4 Ravinnekuormitus Rauttunselkää (allas 9) kuormittaa Oikolanjoen valuma-alue. Oikolanjoen vedenlaatua on havainnoitu ja kuormitus on laskettu virtaama- ja vedenlaatuhavainnoista. Makkaraselkään (8) purkavat Lontilanjoen ja Tarpianjoen valuma-alueiden kuormitukset, jotka on laskettu virtaama- ja vedenlaatuhavainnoista. Tarpianjoen vedet eivät päävirtaussuunnasta johtuen sekoitu Makkaraselkään, joten ainetaselaskelmissa Tarpianjoen valuma-alueelta tuleva fosforikuormitus on kohdennettu Liponselkään. 34 Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja 3 27

36 Lisäksi Liponselkää (7) kuormittavat Moisionojan ja Myllyojan valuma-alueet. Toutosenselkää (6) kuormittaa Naarvanjoen ja Koskenojan valuma-alueet. Vakkalanselkää (5) kuormittaa Vastinojan valuma-alue. Sorvanselkään (4) ei kohdistu kuormitusta kaukovaluma-alueilta. Saviselkä on jaettu kahteen altaaseen. Eteläistä osaa (3) kuormittaa vain altaan oma lähivaluma-alue. Pohjoista allasta (2), missä Vanajaveden suunnalta ja pohjoisesta Näsijärven reitin vedet sekoittuvat ja virtaavat Nokianvirran kautta Kuloveteen, kuormittavat Vihnusjärven ja Sikojärven valuma-alueet. Tammerkoskesta Rajasaaren siltaan rajoittuvan järvialtaan (1) kuormitus muodostuu Viinikanojan, Vihiojan ja Härmälänojan valuma-alueiden kuormituksista. Taulukossa 4.2. on esitetty altaisiin purkavat valuma-alueet, vesistöaluenumerot, pinta-alat sekä vuotuinen kokonaisfosforikuormitus. Lisäksi kuhunkin altaaseen tulee ravinnekuormitusta kunkin altaan omalta lähivaluma-alueelta sekä yläpuolisesta vesistöstä. Niiden valuma-alueiden kuormitukset joista ei ole vedenlaatuhavaintoja, on arvioitu käyttäen ympäristöhallinnossa kehitettyä VEPS-järjestelmää käyttäen (2-22 ka.). Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja

37 Taulukko 4.2. Järvisysteemiin valuma-alueelta tuleva laskennallinen kokonaisfosforikuormitus vuonna 24 (kg a -1 ) osavaluma-alueittain. Symboli (L) tarkoittaa järvialtaan lähivaluma-aluetta jonka pinta-alasta on vähennetty altaan pinta-ala. Tähdelllä (*) merkityt kuormitukset on laskettu kaavan 1 mukaisesti. Lisäksi Mallasveden kautta Rauttunselälle (va 35.7) tuleva kuormitus on arvioitu Rauttunniemen vedenlaatuhavaintojen ja keskimääräisen virtaaman avulla. Tämä kuormitus on merkitty kahdella tähdellä (**). Allas nro Nimi Valuma-alue nro Pinta-ala (km 2 ) Kokonaisfosforikuormitus (kg a -1 ) 1 Tampere-Rajasaari (L) Viinikanojan va Vihiojan va Härmälänojan va Tammerkoski * Saviselkä I (L) Vihnusjärven va Sikojoen va Saviselkä II (L) Sorvanselkä (L) Vakkalanselkä (L) Vastinojan va Toutosenselkä (L) Naarvanojan va Koskenojan va Liponselkä (L) Moisionjoen va Myllyojan va Makkaraselkä (L) Lontilanjoen va * 8 Tarpianjoen va * Rauttunselkä (L) Oikolanjoen va * 9 Vanajavesi * Rauttunniemi ** Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja 3 27

38 Kokonaiskuormitus jaettiin kuormituslähteisiin VEPS-järjestelmän antamien kuormitusten mukaisesti. Kuormitustekijöiden suhteelliset osuudet osavaluma-alueittain on esitetty kuvassa 4.3 ja taulukossa 4.3. Kuva 4.3. Kokonaisfosforin kuormituslähteiden suhteelliset osuudet osavaluma-alueittain (VEPS). Pirkanmaan ympäristökeskuksen raportteja